大埋深富水砂層聯(lián)絡(luò)通道施工技術(shù)

于 宙，樊 普，胡佳東

(中國(guó)水利水電第三工程局有限公司，陜西 西安 710024)

0 引言

聯(lián)絡(luò)通道在地鐵中承擔(dān)著應(yīng)急疏散、排水、防火等功能，其施工時(shí)不僅要考慮自身開(kāi)挖和地表構(gòu)筑物安全，也要確保主隧道安全，施工難度大。為了確保施工安全，施工中一般采用不同加固方法對(duì)地層進(jìn)行預(yù)加固處理，常用的方法有注漿加固法、深層攪拌樁、高壓旋噴樁、素混凝土連續(xù)墻、人工凍結(jié)法等[1-5]。深厚富水砂層，由于砂石地層松散、孔隙率大、滲透系數(shù)大、地層穩(wěn)定性差，高壓旋噴樁加固漿液擴(kuò)散難，成樁效果差，且其加固深度一般不超過(guò)20 m，容易斷樁、縮頸[6]；而深層攪拌樁較適用于淤泥、軟塑黏土、粉土等軟土地層[7]；人工凍結(jié)法在地下水流速大時(shí)，其凍融周期長(zhǎng)，成本高[8]；注漿加固法適用于砂層，但其均勻性差。

西安地鐵1號(hào)線三期白馬河—韓非路區(qū)間聯(lián)絡(luò)通道，地貌單元屬渭河Ⅰ級(jí)階地，通道位于密實(shí)的中砂層中，埋深大于20 m，且受渭河、灃河、咸陽(yáng)湖等地表水系的影響，其地下水豐富、水位高。因此加固效果直接影響白韓區(qū)間聯(lián)絡(luò)通道是否發(fā)生涌水、涌砂的事故。因此研究深厚富水砂層中聯(lián)絡(luò)通道加固方法，分析加固效果，確保聯(lián)絡(luò)通道開(kāi)挖作業(yè)安全具有重要的科學(xué)及實(shí)用價(jià)值。

1 工程概況

白韓區(qū)間線路出白馬河路站后，沿世紀(jì)大道向東延伸至世紀(jì)大道與韓非路十字路口，以兩個(gè)R=3 000 m的曲線向南偏轉(zhuǎn)，后沿直線段抵達(dá)在路口中心設(shè)置的韓非路站。區(qū)間右線全長(zhǎng)807.832 m，左線全長(zhǎng)807.804 m，區(qū)間采用盾構(gòu)法施工。區(qū)間在FYDK18+900.000,FZDK18+899.972設(shè)置一座聯(lián)絡(luò)通道，聯(lián)絡(luò)通道結(jié)構(gòu)凈空尺寸為寬2.6 m，高3.15 m的半圓直墻拱形斷面，洞口尺寸1.2 m×2.05 m。聯(lián)絡(luò)通道埋深約21.8 m，地下水位埋深約11.5 m～14.5 m，滲透系數(shù)為5.2×10-4cm/s。聯(lián)絡(luò)通道所在土層自上而下依次為①-1雜填土(松散)、①-2素填土(可塑)、②-1黃土狀土(硬塑)、②-2粉質(zhì)黏土(硬塑)、②-4-2細(xì)砂(密實(shí))、②-5-2中砂(密實(shí))、③-4粉質(zhì)黏土(硬塑)、③-6細(xì)砂(密實(shí))，聯(lián)絡(luò)通道兼泵房所處地層為②-5-2中砂層。

白韓區(qū)間位于富水砂層中，地下水位較高，風(fēng)險(xiǎn)大，降水難度大，需將地下水位降至底板以下1 m。且地層自穩(wěn)性差，采取合理的預(yù)加固措施，并控制開(kāi)挖距離與支護(hù)時(shí)間，保證圍巖穩(wěn)定，是本工程的施工重點(diǎn)。

本區(qū)間聯(lián)絡(luò)通道平面占地尺寸約8.0 m×3.7 m，開(kāi)始采用三重管φ800 mm@600 mm高壓旋噴樁進(jìn)行地面加固，加固區(qū)域?yàn)槁?lián)絡(luò)通道拱頂上3 m至盾構(gòu)隧道腰部，通道結(jié)構(gòu)兩側(cè)3 m的范圍。并沿隧道聯(lián)絡(luò)通道周邊布置降水井，共布設(shè)24口井，井深35 m～40 m，但發(fā)現(xiàn)其降水難以將地下水位降至底板以下1 m，且高壓旋噴樁由于中砂層密實(shí)，阻力大，其置換率不夠，漿液擴(kuò)散差，加固強(qiáng)度低。

針對(duì)此白韓區(qū)間的聯(lián)絡(luò)通道在地面采用三重管φ800 mm@600 mm高壓旋噴樁加固的基礎(chǔ)上，在開(kāi)挖前，對(duì)聯(lián)絡(luò)通道的兩端進(jìn)行洞內(nèi)深孔注漿加固，采用WSS無(wú)收縮水平注漿，漿液采用水泥-水玻璃雙液漿，對(duì)盾構(gòu)隧道腰部至聯(lián)絡(luò)通道結(jié)構(gòu)上下3 m和通道兩側(cè)3 m進(jìn)行加固，加固范圍平面尺寸14.0 m×9.7 m。并對(duì)降水井進(jìn)行加密設(shè)計(jì)，通過(guò)補(bǔ)打降水井使地下水位降至底板以下1 m。

2 施工工法及質(zhì)量控制要點(diǎn)

2.1 施工工藝流程

白韓區(qū)間聯(lián)絡(luò)通道施工工法調(diào)整后，其工藝流程如下所示：

地層加固→洞門測(cè)量定位→管片臨時(shí)支撐架設(shè)→洞內(nèi)注漿加固→地面降水→切割洞門管片→拱部超前小導(dǎo)管注漿→聯(lián)絡(luò)通道開(kāi)挖→初期支護(hù)→防水施工→二次襯砌施工。

2.2 關(guān)鍵步驟操作要點(diǎn)

2.2.1 聯(lián)絡(luò)通道超前加固

采用φ800 mm@600 mm三重管旋噴樁對(duì)聯(lián)絡(luò)通道地面進(jìn)行加固，加固范圍聯(lián)絡(luò)通道腰部上側(cè)3 m和通道兩側(cè)各3 m，布置圖見(jiàn)圖1。旋噴注漿漿液為水灰比0.8～1.2的水泥漿液，三重高壓水的壓力為22 MPa，流量為30 L/min，氣流壓力為0.8 MPa，提升速度為0.1 m/min～0.2 m/min。在此基礎(chǔ)上在洞內(nèi)采用WSS無(wú)收縮水平注漿，注漿加固范圍為盾構(gòu)隧道腰部至聯(lián)絡(luò)通道結(jié)構(gòu)上下3 m和通道兩側(cè)3 m，注漿布置圖見(jiàn)圖2。注漿孔徑為42 m，漿液的擴(kuò)散半徑為0.6 m～1.2 m。注漿孔深度按照加固范圍根據(jù)角度不同進(jìn)行調(diào)整。注漿順序?yàn)橄人娇鬃{，然后斜孔注漿。注漿孔深長(zhǎng)短搭配，注漿控制壓力為0.5 MPa～1.5 MPa，鉆桿每次拔出長(zhǎng)度為10 cm～15 cm。漿液采用(1∶1)水泥∶水玻璃漿液，水玻璃濃度為35 Be′，注漿時(shí)，根據(jù)注漿孔流水量調(diào)整漿液凝固時(shí)間，一般為25 s凝固，水流量較大的孔，加入工業(yè)磷酸以加快漿液的凝結(jié)速度，調(diào)整為15 s或10 s凝固時(shí)間。注漿時(shí)嚴(yán)密監(jiān)控管線及地表的變化，防止出現(xiàn)隆起過(guò)大造成管線的變形破裂。

2.2.2 地面管井降水

聯(lián)絡(luò)通道場(chǎng)地內(nèi)地下水位埋深約11.5 m～14.5 m。聯(lián)絡(luò)通道按施工方案中布設(shè)24口降水井，井深35 m～40 m，地下水位并未降到聯(lián)絡(luò)通道底板以下1 m(22 m以下)。因此對(duì)降水井進(jìn)行加密設(shè)計(jì)，加密至36口井，降水井沿隧道聯(lián)絡(luò)通道周邊布置，距盾構(gòu)區(qū)間隧道開(kāi)挖線和加固區(qū)外輪廓3.0 m左右，降水井在聯(lián)絡(luò)通道洞內(nèi)加固完成后施工。井徑為φ800 mm，井管直徑φ500 mm。抽水采用潛水泵，沿周邊鋪設(shè)排水管，施工期間安排監(jiān)測(cè)人定期抽水并做好降水記錄，確保地下水位低于聯(lián)絡(luò)通道底板以下1 m(22 m以下)。降水井在洞內(nèi)注漿加固完成后進(jìn)行施工。在降水工程中關(guān)注出水含砂率，及時(shí)進(jìn)行出水含砂率檢測(cè)，保證施工安全。

2.2.3 聯(lián)絡(luò)通道開(kāi)挖與支護(hù)

聯(lián)絡(luò)通道采用超前小導(dǎo)管注漿支護(hù)、臺(tái)階法開(kāi)挖、格柵鋼架+鋼筋網(wǎng)+噴射混凝土初期支護(hù)和混凝土二次初襯。為保證開(kāi)挖過(guò)程中掌子面的穩(wěn)定，在聯(lián)絡(luò)通道拱部范圍內(nèi)上方，拱頂180°范圍內(nèi)。施工時(shí)，將鋼管與襯砌中線平行以15°仰角打入圍巖，鋼管環(huán)向間距約30 cm，縱向每隔一榀鋼架設(shè)置一環(huán)，縱向間距1 m，超前小導(dǎo)管采用外徑φ42 mm，t=3.5 mm鋼焊管，長(zhǎng)度L=2.5 m。注漿采用水泥漿，水灰比為(1～1.5)∶1，擴(kuò)散半徑不小于0.25 m，注漿壓力為0.5 MPa～1.0 MPa。開(kāi)挖采用上下臺(tái)階開(kāi)挖，上下臺(tái)階掌子面縱向錯(cuò)開(kāi)3 m～5 m，中間區(qū)域預(yù)留核心土，核心土的斷面面積大于開(kāi)挖斷面的50%，核心土長(zhǎng)度根據(jù)掌子面穩(wěn)定情況進(jìn)行控制，一般采用1 m～2 m。

2.3 質(zhì)量控制措施

2.3.1 注漿質(zhì)量控制措施

1)嚴(yán)格控制注漿壓力，同時(shí)密切關(guān)注注漿量，當(dāng)壓力突然上升或從孔壁、地面溢漿時(shí)，應(yīng)立即停止注漿，查明原因后采取調(diào)整注漿參數(shù)或移位等措施重新注漿。

2)為確保加固效果理想，注漿完成后，在開(kāi)挖范圍以內(nèi)進(jìn)行探孔，觀測(cè)加固效果及滲流水情況，若探孔顯示仍存在空洞或流塑及軟塑狀土體和流水現(xiàn)象時(shí)，二次重新布孔注漿，直至加固效果滿足開(kāi)挖要求。

2.3.2 聯(lián)絡(luò)通道開(kāi)挖前質(zhì)量控制措施

前后10環(huán)完成二次注漿；預(yù)應(yīng)力支撐按設(shè)計(jì)要求安裝完畢；監(jiān)測(cè)控制點(diǎn)按監(jiān)測(cè)方案已布置，并已測(cè)取初始值；打設(shè)超前探孔評(píng)估地質(zhì)是否與勘察一致；在洞口特殊管片開(kāi)洞前，利用扭矩扳手將聯(lián)絡(luò)通道前后共10環(huán)管片的縱向和環(huán)向連接螺栓進(jìn)行復(fù)緊；檢修井與DN250排水管提前打孔預(yù)埋完成。

2.3.3 聯(lián)絡(luò)通道施工時(shí)質(zhì)量控制措施

1)聯(lián)絡(luò)通道采用臺(tái)階法施工，嚴(yán)格控制超欠挖，初期支護(hù)噴射混凝土采用濕噴工藝。

2)施工應(yīng)嚴(yán)格貫徹“管超前、嚴(yán)注漿、短進(jìn)尺、強(qiáng)支護(hù)、早封閉、勤量測(cè)”暗挖十八字方針。

3)在施工中應(yīng)做好地下水及地質(zhì)超前預(yù)報(bào)，加強(qiáng)洞內(nèi)防、排水工作及通風(fēng)工作，確保洞內(nèi)“三通”正常工作。

2.3.4 聯(lián)絡(luò)通道支護(hù)質(zhì)量控制措施

1)初期支護(hù)中系統(tǒng)錨桿打入方向一般應(yīng)接近隧道徑向，對(duì)層狀圍巖應(yīng)根據(jù)圍巖產(chǎn)狀適當(dāng)調(diào)整錨桿打入方向，使錨桿基本垂直于層面。

2)初支噴混凝土應(yīng)嚴(yán)格按照工藝要求施工，盡量使初支噴射面平整，二襯鋼筋施工時(shí)須采取有效措施確保防水層不被破壞。當(dāng)二次襯砌時(shí)拱部應(yīng)預(yù)埋注漿管，襯砌完成后應(yīng)通過(guò)預(yù)埋注漿管對(duì)二次襯砌與防水層之間空隙(拱頂、仰拱、側(cè)墻)進(jìn)行回填注漿。

3 效果檢查

根據(jù)要求地層預(yù)加固后，其28 d無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度大于0.8 MPa，滲透系數(shù)不大于1.0×10-6cm/s。因此高壓旋噴樁成樁28 d和洞內(nèi)加固完成后兩個(gè)階段分別在加固范圍內(nèi)鉆孔取芯，并在加固區(qū)鉆水平孔檢查滲水量，計(jì)算滲透系數(shù)，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表1。結(jié)果顯示，采用高壓旋噴樁后土體穩(wěn)定性和滲水性均不能滿足要求，但在其基礎(chǔ)上采用洞內(nèi)深孔注漿后，地層的加固效果良好，無(wú)滲水、漏水等現(xiàn)象發(fā)生，土體穩(wěn)定，保證了施工的順利進(jìn)行。

表1 地層預(yù)加固效果檢驗(yàn)結(jié)果

降水井加密至36口井后，根據(jù)定期的降水記錄顯示，地下水位已降至聯(lián)絡(luò)通道底板1 m以下，滿足施工需求。

4 結(jié)論

1)西安地鐵一號(hào)線三期白馬河站—韓非路站聯(lián)絡(luò)通道，采用在原有三重管φ800 mm@600 mm高壓旋噴樁加固的基礎(chǔ)上，對(duì)聯(lián)絡(luò)通道的兩端進(jìn)行洞內(nèi)深孔注漿加固，采用WSS無(wú)收縮水平注漿，對(duì)盾構(gòu)隧道腰部至聯(lián)絡(luò)通道結(jié)構(gòu)上下3 m和通道兩側(cè)3 m進(jìn)行加固，加固后土體強(qiáng)度和滲水系數(shù)均滿足要求，加固效果良好。

2)將洞外管井降水的降水井由24口加密至30口后，地下水位已降至聯(lián)絡(luò)通道底板1 m以下，滿足施工需求。

3)本文為大埋深富水砂層地鐵聯(lián)絡(luò)通道施工提供了一套施工工藝，并提出了施工關(guān)鍵點(diǎn)和質(zhì)量控制措施。